基于數據挖掘關聯規則構建特色課程群和知識鏈

馬宏斌，王英麗，秦丹陽，丁群

（黑龍江大學，黑龍江 哈爾濱150080）

課題以提供系統的、具體的特色課程教學體系為目標，細化課程知識點、課程鏈、知識網。在維持原有的教學安排的前提下，建立學科“保密通信與信息安全”特色課程群的教學體系，優化“保密通信與信息安全”課程結構和內容。解決課程之間松散關系，建立課程之間強勢連接關系。本文的研究與實踐，將直接應用于通信與信息系統學科通信工程專業網絡信息安全方向的教學、科研、應用環節，將會對本學科電子信息類專業課程教學提供經驗方法，研究學科和專業新特色，促進學科內部組建新的課程群，繼而推廣至其他學科和專業，最終形成黑龍江大學的特色辦學。

一、課程群理論與實踐教學的松散性

課程群建設是近年來高等院校課程建設實踐中出現的一項新的課程開發技術，其基本思想是把內容聯系緊密、內在邏輯性強、屬同一個培養能力范疇的同一類課程作為一個課程群組進行建設，打破課程內容的歸屬性，從實踐能力培養目標層次把握課程內容的分配、實施、保障和實踐能力的實現。在課程群中，最基本的教學單元是知識點，知識群是知識點的集合。把傳統的教學組織由兩層架構進化為三層架構，使技能要求獨立于課程，形成目標明確的課程群層次，嵌在課程和培養方案之間。由課程群承載技能培養目標，協調課程之間的關系，使目標明確化。弱化課程的獨立性，強化課程之間的親和性，凸顯它們為確定的共同技能的服務特征，突出各課程所蘊涵的實踐定位，把圍繞一個實踐培養目標的、含有若干課程中的實踐點抽象出來，在一個更高層次上連貫起來，使該實踐的培養隨課程教學的推進而不斷遞進、加深和拓展，逐步實現與培養目標的重合。

課題研究“保密通信與信息安全”特色課程群教學體系的建立，優化“保密通信與信息安全”課程結構和內容。解決課程之間松散關系，在課程之間建立強勢連接關系。“保密通信與信息安全”課程組包含c語言、傳感器網絡、信號處理、信息論、通信原理、密碼學、通信電子線路、電磁場與微波天線、網絡通信、網絡安全等專業課程，知識點就是課程大綱、教案、考點，須要對上述內容進行知識點的挖掘工作。遵循原有的教學大綱和課程設置，標記“保密通信與信息安全”相關課程，并歸類為特色課程群。對于標記為特色群內的課程，教師須要挖掘特色群課程的知識點，依托縱向和橫向課題的研究內容，形成相關聯的知識鏈、知識網絡。特色群內課程須要改進教學內容和方法，對知識鏈和知識網絡內的重要知識點，采用關聯式、階段式、綜合式的考評和教學改革。

二、課程群知識點數據庫構建

“保密通信和信息安全”課程群包括傳感器網絡、信號處理、信息論、通信原理、密碼學、通信電子線路、電磁場與微波天線、網絡通信、c語言、網絡安全等課程，構建“保密通信和信息安全”課程群知識點數據庫共分為三個步驟：（1）“保密通信和信息安全”項目組老師根據教授的課程，討論并提出標記課程，建立特色課程群；（2）負責理論教學的老師在原來課程考點基礎上挖掘總結課程知識點，參與產學研用項目的老師根據項目需求，建立項目知識點；對課程知識點和項目知識點進行融合，確定特色課程和知識點；（3）依據知識點類型的不同，將特色課程知識按照理論研究、應用開發、工程實踐三個類別進行劃分，完成課程群知識點數據庫的建立。

課題以“保密通信和信息安全”作為教學目標，對本專業理論研究、應用開發、工程實踐不同類型的人才培養項目方面，推進專業“分類培養”，根據學生的不同層次，設計差異化培養方案，實行差異化人才培養模式，實行導師制、小班教學，激發學生學習主動性、積極性、創造性，培養不同層次的拔尖創新人才。最終目標是建立“保密通信與信息安全”系統平臺，提供學生的創新、創業交互平臺，提供校園文化傳播平臺，旨在加強創新創業教育和就業指導服務，為學生提供多種創業思路和多條就業渠道，推進高校文化傳承創新。

三、關聯規則挖掘知識鏈

數據挖掘是一種決策支持過程，它主要基于人工智能、機器學習、統計學技術、高度自動化地分析企業原有的數據，作出歸納性的推理，從中挖掘出潛在的模式，幫助決策者作出正確的決策。

在教育領域的應用相對較少，高校中對學生信息、成績等數據的處理一般還停留在簡單的數據的備份和查詢階段。從教學信息技術角度看，數據挖掘是一種嶄新的教學信息處理技術，其主要作用是對教學數據庫中的大量數據進行抽取、轉換、分析和其它模型化處理，從中提取出輔助教學決策的關鍵性數據。數據挖掘更主要是為教學決策提供真正有價值的信息，進而獲得更好的教學效益。但很多學校面臨的一個共同問題是：學校數據量非常大，而其中真正有價值的信息卻很少，因此需要從大量的教學數據中經過深層分析，獲得有利于教學決策、促進教學發展的有價值的信息。

課題參照一種最有影響的挖掘關聯規則頻繁項集的Apriori算法，挖掘隱藏在教學系統數據間的相互關系。

首先，根據每個課程的重要知識點，設計數據項集。參照教學大綱執行順序，將每個課程項集設置為數據庫的一個關系模式，包括起始時間、知識點關鍵字、課時、預備知識等屬性。其次，在課程數據項集中構造事務T，分配唯一標示符標注，對于全體事務構成的事務集合D，統計事務集D關于集合A與集合B的支持度s，分析研究最小支持度集。之后，計算事務集D包含A事務同時也包含B事務的計數或百分數，得到置信度與最小置信度，得到滿足最小支持度閥值的事務中的頻繁項集。

課題構建知識鏈和知識網，要結合理論研究、應用開發、工程實踐不同項目需求，依據上述方法，結合產學研用的需要將知識點串聯為知識鏈，將知識鏈組成知識網，并且全面的展示理論教學、高精尖的研究、應用開發、工程實踐不同領域的重要知識技術。

四、課程群緊密耦合性在實踐教學的應用

課題結合數據挖掘知識，以及關聯規則中的Apriori算法，著眼于“保密通信與信息安全”特色課程群知識點、知識鏈、知識網的構建，實施了如下工作：（1）對課程知識點和項目知識點進行融合，確定特色課程和知識點；（2）教學和項目組合作，聚合知識點，形成知識鏈，依托項目組建“保密通信和信息安全”特色課程群知識網；（3）建立特色課程群關聯式、階段式、綜合式教學考評。建立特色課程群，知識點、知識鏈、知識網的教學考評方法。

在實施過程中，不僅要重視具有合理完備的理論課程體系，而且還要強調建立良好的實踐教學體系，幫助學生在實踐中真正把握理論知識，掌握基本的信息安全技能，并培養出綜合素質高，善于理論聯系實踐的應用型人才，實現如下的方法：（1）課程實驗內容的補充與完善。為了提高學生的動手能力以及對知識的理解，對于課程群中的原本沒有實驗教學內容的課程，如密碼學等課程添加了實驗內容，對于那些有實驗教學的課程，如網絡通信等課程，注重實驗內容的更新與完善；（2）設計高質量的實驗教輔材料和監測機制。實驗教學是理論教學的驗證和重要補充，對于基本結構原理，不僅忠實于基礎理論，而且強化實驗內涵和外延，以及實驗相關的材料的整理，包括實驗準備、實驗步驟、實驗結果、數據分析、結論探究等。此外，調整原創性實驗以及綜合性實驗的比例，增設非驗證性質實驗項目；（3）注重理論與實踐相結合。充分發揮工學學科優勢，在應用實踐、創新競賽、興趣小組等具體培養環節，引導學生在實踐中真正思考、學習、領悟理論知識，鍛煉基本技能，掌握研究保密通信與信息安全的科學方法。